Sieci Sensorowe 1

Sieci Sensorowe
1
Sieć sensorowa –bezprzewodowa sieć,
złożona z dużej liczby działających
niezależnie urządzeń, zwanych sensorami.
Sensory zbierają za pomocą czujników
lokalne dane o środowisku i komunikują się
ze sobą i ze światem zewnętrznym
Przykładowe zadania stawiane sieciom
sensorowym
„
„
„
„
Obliczenie wartości jakiegoś parametru w
zadanym miejscu.
Wykrycie zdarzenia i oszacowanie jego
parametrów.
„ Np. w sieci monitorującej ruch uliczny
zdarzeniem jest wykrycie pojazdu, a sieć
powinna dodatkowo oszacować prędkość
pojazdu
„ Np. Wykrycie pęknięcia w budynku (moście) .
Klasyfikacja wykrytego obiektu; np. czy wykryto
czołg czy samochód?
Śledzenie obiektu
Bezprzewodowe sieci sensorowe
„
„
„
Bezprzewodowe sieci sensorowe są zbiorem setek tysięcy małych,
jednorazowych węzłów sensorowych o małej mocy, które
komunikują się ze sobą celem wykonania określonego zadania.
Węzeł sensorowy (sensor node) to urządzenie, które przetwarza
badane cechy na dane w formie zrozumiałej dla użytkownika. Każdy
węzeł zawiera moduł czuciowy, moduł komunikacyjny, pamięć oraz
małą baterię.
Sieci sensorowe są sieciami datacentrycznymi (skoncentrowanymi na
danych). W ich polu zainteresowań znajduje się to jakie są dane, a
nie gdzie te dane się znajdują. W bezprzewodowych sieciach
sensorowych awaria jednego węzła nie wpływa na działanie sieci,
dopóki zawiera ona inne węzły zbierające podobne dane w tym
samym obszarze.
4
Bezprzewodowe sieci sensorowe
„
„
„
Główna przewaga bezprzewodowych sieci sensorowych nad przewodowymi:
„
Łatwość rozlokowania – sensory mogą być rozmieszczane bez
wcześniejszego przygotowania infrastruktury
„
Powiększony zasięg – wiele bezprzewodowych sensorów może zastąpić
jeden przewodowy, pokrywając większy region
„
Tolerancja błędów – awaria jednego sensora nie wpływa na fukcjonowanie
całej sieci
„
Mobilność – Sensory posiadają własne źródła energii, więc mogą się
przemieszczać (np. przegrupowywać się celem pokrycia zasięgiem nowego
obszaru)
Sieci sensorowe przejęły również wady tradycyjnych sieci bezprzewodowych,
takie jak:
„
Niska przepustowość
„
Transmisje skłonne do błędów (error-prone)
„
Wymóg dostępu do odpornego na kolizje kanału
Ponadto ograniczeniem jest źródło energii jakie posiada mobilny sensor. Dąży
się do tego, aby wyczerpanie się tych źródeł nastąpiło równocześnie we
wszystkich węzłach, ponieważ koszt lokalizacji i wymiany poszczególnych
5
sensorów jest większy niż zaaranżowanie sieci od nowa.
• Miniaturowe urządzenie, które
zawiera:
– mikroczujnik
– przetwarza sygnały o niskiej
mocy
– ma niski poziom konsumpcji
energii
– niewielki zakres komunikacji
(odległość)
– niewielki i nieodnawialny
zapas energii
• Komunikacja przez niektóre
bezprzewodowe media
komunikacyjne, np. fale radiowe,
podczerwień, ultradźwięki, itp.
• Masowo produkowane
• Tanie (cena od kilkunastu centów
do kilku $ w zależności od
parametrów)
Dane z 2006 r
Moduł
nadawczo
Transceiver
odbiorczy
Ograniczona
wielkość
pamięci
4-8Kb
Memory
Pamięć
Embedded
Wbudowany
Processor
1Kbps - 10Kbs
Zakres
transmisji
3-10m
Wolny procesor
4bit, 5-10 MHz
Procesor
Energooszczędny
specjalnie
zaprojektowany
Czujnik
Sensor
Battery
Bateria
Nieodnawialna
Jakie są
typowe
przykłady
czujników?
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Mierzący ciśnienie
Mierzący temperaturę
Mierzący światło
Biologiczny
Chemiczny
Akustyczny
Mierzący przyśpieszenie
Sejsmiczny
Wykrywający metal
• Stwierdzający obecność/brak
obecności obiektu
• Mierzący stopień zanieczyszczenia
powietrza
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Odległość od obiektu
Kierunek obiektu
Temperaturę otoczenia
Obecność chemikaliów
Natężenie światła
Wibracje
Ruch
Drgania sejsmiczne
Natężenie, częstotliwość
dźwięku
• itp.
„
„
Energooszczędne działanie
„ Dużo spać
„ Budzić się okresowo
„ Działać lokalnie
„ Komunikować się oszczędnie
Bezobsługowa praca
„
„
„
„
„
Rozproszony system bez centralnego sterowania
Duża liczba czujników gęsto rozmieszczonych w
interesującym nas obszarze
Rozmieszczenie losowe: indywidualna pozycja
czujnika nie może być projektowana
Główny cel: globalna informacja z lokalnych danych
Sieć jest tak dobra, jak informacje, które wytwarza:
„ jakość informacji
„ bezpieczeństwo informacji
„
„
„
„
„
„
„
Liczba węzłów: rząd wielkości wyższy w WNS
(wireless sensor network)
Gęstość rozmieszczenia: rząd wielkości wyższy w
WNS
Niezawodność: Czujniki są podatne na
uszkodzenia!
Topologia:
„ niewielka lub żadna mobilność
„ bardzo dynamiczny w WSN ze względu na cykl
sen/budzenie
Komunikacja: nadawanie broadcastowe w WSN,
punkt-punkt w sieci ad-hoc
Skromne zasoby: moc obliczeniowa i zdolności
komunikacyjne
Anonimowość węzłów w WSN
„
„
„
Lokalny Sink: przez duży zasięg radia dostarcza
interfejs do zewnętrznego świata
Komunikacja:
„ sensor do Sink(ów): multi-hop
„ Sink(i) do sensorow: broadcast lub multicast
Niewielka moc i pamięć narzuca:
„ proste i energooszczędne protokoły
komunikacyjne
„ optymalną liczbę czujników wykonujących dane
zadanie
„ komunikację typu „multi-hop”
„ minimalną niezgodność warstw MAC
„
„
„
„
„
„
„
Inteligentne przedszkola
Monitorowane osiedla
Monitorowane środowisko
Inteligentne klasy
Detekcja pożaru lasu
Kontrola stada (zwierząt)
Aplikacje rolnicze:
„ Inteligentne szklarnie
„ Inteligentne winnice
Dwa spojrzenia na sieci sensorowe
„
„
Sterowane centralnie
„ zdalny użytkownik wprowadza zapytanie
„ sieć sensorowa dostarcza odpowiedzi
„ niezbyt dobrze skaluje się
„ skłonność do nierównomiernego wyczerpania
energii (np. dziury energetyczne)
Autonomiczne
„ zakłada dominację urządzeń
„ organizacja ad hoc
„ dobrze skaluje się
„ mniej podatna na tworzenie się dziur
energetycznych
Satelita
Internet
Zdalny
użytkownik
Zdarzenie
Sink
„
„
Autonomiczna sieć czujników
bezprzewodowych (ang. AutoNomouS
Wireless sEnsor netwoRk , skrót ANSWER)
„ wykonywanie zaawansowanych analiz
„ wykrywanie trendów
„ identyfikacja nieoczekiwanego zachowania
ANSWER znajduje bezpośrednie
zastosowania do nadzoru taktycznego pola
bitwy, zarządzania kryzysowego i
bezpieczeństwa kraju
„
„
„
Heterogeniczny system składający się z
„ Zwykłych sensorowych węzłów
„ agregacji i fuzji węzłów (ang. aggregation and
fusion nodes, AFN)
AFN = mobilne SINK wyposażone w:
„ Radioodbiornik o dużym zasięgu
„ Duże możliwości obliczeniowe
„ Znaczny zapas energii
AFN może poruszać się w odpowiedzi na potrzeby
misji
„ działać jako kolektor (zbieracz) danych
„ działać jako interfejs dla użytkownika i świata
zewnętrznego
• Ogromna liczba
wcześniej
rozmieszczonych
sensorów
• Sensory poznają
środowisko, zbierają i
przechowują dane
– o polach minowych
– żołnierzach wroga
– warunkach drogowych
• Autoryzowany
użytkownik (np. PSAR)
może wykorzystać te
informacje w celu
wsparcia swojej misji
PSAR – Patrol Search and Rescue
vehicle
Zastosowania
„
„
Monitorowanie statyki środowiska
„ monitorowanie środowiska
„ monitorowanie osiedli
„ nadzorowanie
Monitoring obiektów ruchomych / cele
„ śledzenie dzikich zwierząt i ich zachowania w
rezerwatach
„ śledzenie ruchu pojazdów wroga
„ transgraniczna infiltracja
„
„
Środowisko
„ wykrywanie pożarów lasów i ich kontrola (reakcja
w czasie rzeczywistym)
„ rolnictwo precyzyjne (monitorowanie poziomu
pestycydów w zapasach wody, poziom erozji
gleby)
Biomedycyna
„ tele-monitoring fizjologicznych danych pacjenta
(zbieranie danych do badań naukowych, pomoc
pacjentom w podeszłym wieku)
„ podawanie leków w szpitalach (załączyć czujniki
monitorowania leków, aby zapobiec błędom)
Primary node
•Gęsta sieć sensorów fizycznych i chemicznych w glebie i koronie drzew
Secondary nodes
•Mierzenie i charakteryzowanie wcześniej nieobserwowalnych procesów
zachodzących w ekosystemach
Czy sieć sensorowa potrafi kontrolować przepływ pojazdów lepiej niż „sieć ludzi”?
„
Wojsko/ bezpieczeństwo wewnętrzne
„ monitorowanie wyposażenia i amunicji własnych oddziałów
(poprzez dołączenie sensorów)
„ nadzór pola bitwy (monitorowanie strategicznego terenu,
dróg, mostów i cieśnin pod kątem działalności wroga)
„ oceny szkód bitwy (raporty z sensorów rozlokowanych na
polu walki /uzbrojeniu mogą dostarczać raporty w czasie
rzeczywistym)
„ wczesne wykrywanie czynników biologicznych,
chemicznych lub wykrywanie ataku jądrowego
„ powstrzymywanie ataków terrorystycznych: sensory
rozmieszczone na całym obszarze metropolii, w
publicznych miejscach mogą być źródłem danych do
pierwszego reagowania
Jedynie 2% kontenerów wprowadzanych do portów jest sprawdzane!
„
„
Wykładnicza poprawa co do rozmiaru, mocy,
sposób obliczania, komunikacji, itp. sensorów
będzie silnie wpływać na definicję i dziedziny
stosowania WSN
National Research Council przewiduje, że:
Coraz większe możliwości i wszechobecność sieci
sensorowych poprawią inteligencję, niezależność i
elastyczność systemów elektronicznych i
mechanicznych, na tyle że będą one szybko zbliżały
się i wkrótce przekroczą zdolności ludzi
„
„
„
Prymitywne elementy są doskonale osadzone w
świecie fizycznym, w tym sensie, że wspólnie
działają i komunikują się ze sobą
Te prymitywy samoorganizujące się tworzą
inteligentne środowiska, które hermetyzują
rzeczywisty świat
Wbogacenie świata fizycznego tymi prymitywami
jest warunkiem niezbędnym do budowy
inteligentnych środowisk
„
„
Jak przejść z podstawowej implementacji SmartDust do przyszłości –
inteligentnych autonomicznych sieci sensorowych?
Prawdopodobne rozwiązanie: Musimy się wiele nauczyć na temat
rozwoju, od prostych do złożonych form przez naśladowanie
ewolucji życia na Ziemi
Protokoły
Bezprzewodowe sieci sensorowe
„
„
Sieci sensorowe wymagają protokołów zależnych od
zastosowania, a zarazem na tyle ogólnych, aby zachować
datacentryczność, zdolność łączenia danych oraz
minimalizację zużycia energii.
Idealna sieć sensorowa powinna zawierać następujące
dodatkowe zdolności:
„ Adresowanie oparte na atrybutach, złożone z serii par
atrybut – wartość, które określają jakie fizyczne parametry
mają być badane.
„ Węzły powinny znać swoje położenie.
„ Sensory powinny natychmiast reagować na drastyczne
zmiany zachodzące w ich otoczeniu i informować
niezwłocznie o tym użytkownika
„ Obsługa zapytań – użytkownik, korzystając z mobilnego
urządzenia powinien mieć możliwość wysyłania zapytań i 36
otrzymywania na nie odpowiedzi.
Bezprzewodowe sieci sensorowe zapytania
Obsługa zapytań jest kolejną cechą sieci sensorowych.
Użytkownicy wykorzystując urządzenia mieszczące się w
dłoni (hand held) powinni być w stanie żądać danych z
sieci. Zapytania użytkowników dzielą sie na trzy typy:
„ Zapytania historyczne: Wykorzystywane do analiz
historycznych danych zebranych w stacji bazowej (Base
Station - BS) np. “Jaka była temperatura 2 godziny temu
w północnozachodnim kwadrancie?”
„ Zapytania jednorazowe: Udostępniają migawki sieci np.
“Jaka jest bieząca temperatura w północnozachodnim
kwadrancie?”
„ Zapytania trwałe: Wykorzystywane do monitorowania
sieci przez fragment czasu z uwzględnieniem pewnych
parametrów np. “Raportuj stan temperatury przez
kolejne 2 godziny”.
37
Klasyfikacja sieci sensorowych
„
„
Proaktywne
„ Węzły w sieci okresowo przełączają się między ich
sensorami i nadajnikami, badają otoczenie i
transmitują dane leżące w polu zainteresowania.
„ Udostępniają migawki istotnych parametrów w
regularnych odstepach czasu – odpowiednie dla
zastosowań wymagających czasowego monitorowania
danych.
Reaktywne
„ W tym schemacie węzły reagują natychmiast na
niespodziewane i drastyczne zmiany wartości
badanych cech.
„ Odpowiednie dla zastosowań czasu rzeczywistego
(time-critical).
38
Podstawy protokołu MAC dla
bezprzewodowych sieci sensorowych
„
Statyczne przydzielanie kanału
„
„
„
W tej kategorii protokołów, jeśli mamy N węzłów, szerokość
pasma jest dzielona na N równych porcji w funkcji
częstotliwości (FDMA), czasu (TDMA), kodu (CDMA),
przestrzeni (SDMA - Space Division Multiple Access) lub
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Działa wydajnie gdy w sieci znajduje się niewielka, stała
liczba użytkowników, z których każdy posiada duży,
buforowany zasób danych
Dynamiczne przydzielanie kanału
„
„
W tej kategorii protokołów nie występuje stałe przydzielenie
szerokości pasma.
Odpowiednie gdy liczba użytkowników zmienia się
dynamicznie, a dane są wysyłane w nierównych porcjach.
39
Zagadnienia routingu w sieciach
sensorowych
„
„
„
W tradycyjnych sieciach przewodowych każdy
węzeł jest identyfikowany przez unikalny adres,
który jest wykorzystywany przy routingu. Sieci
sensorowe, przez to, że są datacentryczne, nie
wymagają (zazwyczaj) routingu między dwoma
konkretnymi węzłami.
Sąsiadujące węzły mogą zawierać zbliżone dane.
Dlatego pożądanym zachowaniem jest połączenie
tych danych, a następnie wysłanie.
Wymagania względem sieci zmieniają się wraz ze
zmianą zastosowania, dlatego każda sieć
sensorowa jest zależna od zastosowania.
40
Routing w sieciach sensorowych – płaski
routing
„
„
Rozproszenie Kierunkowe
„
Zapytanie jest „rozlewane” w całej sieci.
„
Dane startują z konkretnych punktów i poruszają się na zewnątrz, aż
do osiągnięcia żądanego węzła.
„
Ten typ kolekcji danych nie w pełni wykorzystuje cechę sieci
sensorowych, mówiącą o tym, że sąsiednie węzły posiadają zbliżone
dane.
„
Ten sposób przetwarzania danych jest odpowiedni jedynie dla
zapytań trwałych, gdzie węzeł żądający oczekuje danych, które
zaspokoją zapytanie przez pewnien czas.
Sensor Protocols for Information via Negotiation (SPIN)
„
Sensorowe protokoły informacji przez negocjację
„
Rozprzestrzeniają informację z poszczególnych węzłów do każdego
węzła w sieci.
„
Wykorzystuje cechę sieci sensorowych mówiącą o tym, że sąsiednie
węzły zawierają zbliżone dane i przekazuje jedynie te dane, których
nie mają pozostałe węzły
41
„
Protokoły te działają proaktywnie i rozpowszechniają dane po całej
sieci, nawet jeśli użytkownik nie żądał żadnych danych.
Routing w sieciach sensorowych – płaski
routing
„
Kuguar (Cougar)
„
Jest to podejście hurtowe.
„
Dane są wydobywane w predefiniowany sposób i składowane w centralnej
bazie danych (BS).
„
Przetwarzanie zapytania odbywa się w BS.
„
Kuguar jest charakterystycznym dla sieci sensorowych modelem
reprezentacji zapytań.
„
Posiada architekturę trójwarstwową:
„
Pośrednik zapytań (Query proxy): mały komponent bazy danych
działający w węzłach, celem interpretacji i wykonania zapytań.
„
Komponent końcowy (Front-end component): potężny pośrednik
zapytań, który pozwala sieci sensorowej łączyć się z otaczającym
światem. Zawiera pełnoprawny serwer bazy danych.
„
Graficzny interfejs użytkownika (GUI): Przez GUI użytkownik może
składać krótko i długo wykonywane zapytania do sieci sensorowej. GUI
pozwala też zwizualizować topologię sieci oraz zadawać pytania pod
kątem regionu.
42
Routing hierarchiczny w sieciach
sensorowych
„
„
„
„
Schematy hierarchicznego klastrowania są najbardziej
odpowiednie dla bezprzewodowych sieci sensorowych.
Sieć opiera się na stacji bazowej (Base Station – BS),
oddalonej od węzłów, przez które końcowi użytkownicy
mogą uzyskiwać dostęp do danych z sieci sensorowej.
BS może nadawać z dużą mocą.
Węzły nie mogą odpowiadać bezpośrednio BS z powodu
ich wymuszonej małej mocy, co skutkuje tym, że
komunikacja przebiega asymetrycznie.
43
Routing hierarchiczny w sieciach
sensorowych
„
Główne cechy architektury klastrowej:
„ Wszystkie węzły nadają tylko do ich najbliższych węzłów
głównych klastra (Cluster Head – CH). Jest to podyktowane
oszczędnością energii.
„ Tylko węzły główne wykonują dodatkowe obliczenia na
danych (takie jak ich łączenie). Również to oszczędza
energię.
„ Węzły składowe klastra, są głównie swoimi sąsiadami i
posiadają zbliżone dane. Dlatego CH łączy podobne dane, co
jest bardziej efektywne.
„ Węzły główne na wyższych poziomach w hierarchii muszą
wysyłać dane na większe odległści, co powoduje większe
zużycie energii. Aby rozproszyć to zużycie każdy węzeł pełni
rolę głównego przez określony czas T zwany okresem klastra
(cluster period)
„ Ponieważ tylko CH musi wiedzieć jak przekazać dane do CH
44
wyższego poziomu lub BS, ograniczona jest złożoność
routingu.
Routing hierarchiczny c.d.
3.1
3.2
Stacja Bazowa (BS)
3
2
1.0.2
1.0.1
1
2.1
1.0.3
1.1.2
1.1
1.1.3
1.1.4
1.1.1
1.1.5
3.3
2.3
2.2
1.2.5
1.2.4
1.2
1.2.1
1.2.3
1.2.2
Prosty węzeł sensorowy
Główny węzeł klastra 1. poziomu
Główny węzeł klastra 2. 45
poziomu
Protokoły routingu oparte o klaster
Cluster Based Routing Protocol (CBRP)
„ W tym przypadku węzły składowe klastra
wysyłają dane do węzła głównego klastra
(cluster head – CH).
„ CH routuje dane do ich celu.
„ Nie jest to podejście odpowiednie dla wysoce
mobilnego środowiska, ponieważ wiele
wiadomości kontrolnych (HELLO messages) musi
zostać wysyłanych celem utrzymania klastra.
46
Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy
(LEACH)
„
„
„
„
„
Hierarchiczne klastrowanie adaptacyjne o małej energii.
LEACH jest rodziną protokołów zawierającą zarówno
rozproszone jak i zcentralizowane schematy. LEACH
wykorzystuje proaktywne uaktualnianie.
LEACH wykorzystuje losową rotację lokalnych węzłów
głównych (CH) do równomiernego rozłożenia obciążenia
energetycznego wśród sensorów.
Korzysta ze schematów TDMA/CDMA MAC, celem redukcji
wewnątrz- oraz między-klastrowych kolizji.
Zbieranie danych jest scentralizowane i odbywa się
okresowo. Stosowne do ciągłego monitorowania sieci.
47
Reaktywne Protokoły Sieciowe: TEEN
TEEN (Threshold-sensitive Energy Efficient sensor Network
protocol)
„ Wrażliwy na progi, wydajny energetycznie protokół sieci
sensorowych.
„ Jest pierwszym protokołem opracowanym specjalnie dla
sieci reaktywnych.
„ W tym schemacie CH transmituje następujące dane do
węzłów klastra za każdym razem gdy następuje zmiana
klastra:
„ Twardy próg (Hard threshold – HT): jest to wartość
progowa badanego atrybutu.
„ Miękki próg (Soft Threshold – ST): Jest to mała zmiana
wartości badanego atrybutu, która powoduje, że węzeł
włącza trasnsmiter i przesyła tą wartość.
48
Reaktywne Protokoły Sieciowe: TEEN
Parametry
Tworzenie
klastra
Czas zmiany
klastra
Atrybut > Próg
Węzeł głowny klastra
odbiera wiadomość
Linia życia TEEN
49
TEEN c.d.
„
„
„
„
Węzły badają środowisko nieustannie.
Gdy po raz pierwszy jakiś parametr z zestawu atrybutów
osiąga wartość swojego twardego progu, węzeł włącza
nadajnik i przesyła dane.
Badana wartość jest składowana w wewnętrznej zmennej
zwanej badaną wartością (Sensed Value – SV).
Węzeł prześle dane w bieżącym cyklu klastra, tylko wtedy,
gdy spełnione będą następujace warunki:
„ Bieżąca wartość badanego atrybutu jest większa niż
twardy próg
„ Bieżąca wartość badanego atrybutu różni się od SV o
wartość większą lub równą miękkiemu progowi.
50
TEEN
Ważne cechy:
„ Odpowiedni dla zastosowań, w których krytyczny jest czas
zbierania danych.
„ Wysyłka wiadomości wymaga większych nakładów energii
niż zbieranie danych, więc zużycie energii jest mniejsze w
tym schemacie niż w sieciach proaktywnych.
„ Miękki próg (soft threshold) może być zmienny.
„ W każdym czasie zmiany klastra, parametry są wysyłane na
nowo; daje to użytkownikowi możliwość ich dowolnej
zmiany,
„ Główną wadę stanowi sytuacja, gdy żaden próg nie zostanie
osiągnięty, ponieważ wtedy węzły nigdy nie nawiążą
komunikacji.
51
Adaptive Periodic Threshold-sensitive Energy
Efficient sensor Network protocol (APTEEN)
„
„
Adaptacyjny, okresowy, wrażliwy na progi, wydajny
energetycznie protokół sieci sensorowych.
Zasada działania:
„ Węzeł główny klastra rozsyła następujące parametry:
„ Atrybuty (A): Zestaw fizycznych parametrów, których
dane chce pozyskać użytkownik.
„ Progi: Składa się z Twardego Progu (HT) oraz
Miękkiego Progu (ST).
„ Harmonogram: Harmonogram TDMA, który
przypisuje przedział czasowy każdemu węzłowi
„ Kwant czasu (Count Time – CT): Maksymalny okres
czasu, jaki może upłynąć między dwoma udanymi
wysyłkami raportów przez węzeł.
52
Adaptive Periodic Threshold-sensitive Energy
Efficient sensor Network protocol (APTEEN)
Harmonogram
TDMA i Parametry
Tworzenie
klastra
Czas zmiany
klastra
Szczelina
czasowadla itego węzła
Ramka czasu
Linia życia APTEEN
53
APTEEN c.d.
„
„
„
„
„
Węzły badają środowisko nieustannie.
Nadają tylko te węzły, które pobierają wartość danych równą
lub przekraczającą twardy próg.
Gdy węzeł wyczuje wartość przekraczającą HT, wyśle dane
tylko wtedy, gdy wartość tego atrybutu zmieni się o wartość
większą bądź równą ST.
Jeśli węzeł nie wyśle żadnych danych przez czas równy bądź
dłuższy niż kwant czasu, jest zmuszany do zczytania danych
z czujnika i wysłania ich.
Każdy węzeł w klastrze zostaje przypisany do przedziału
transmisyjnego, ponieważ wykorzystywany jest harmonogram
TDMA.
54
APTEEN c.d.
Główne cechy:
„ Łączy obie polityki: reaktywną i proaktywną.
„ Oferuje dużą elastyczność dzięki zezwalaniu
użytkownikowi na ustalenie kwantu czasu (CT)
oraz wartości progów dla atrybutów.
„ Zużycie energii może być kontrolowane poprzez
zmiany kwanty czasu oraz wartość progów.
„ Główną wadą jest dodatkowa złożoność
wymagana do implementacji funkcji progowych i
kwantu czasu.
55
Porównanie topologii hierarchicznych i
płaskich
Hierarchiczne
Harmonogramowanie oparte na zastrzeganiu
Zapobiega kolizjom
Płaskie
Harmonogramowanie oparte na twierdzeniu
Występują kolizje nagłówków
Redukuje cykl działania dzięki
okresowemu uśpieniu
Zmienny cykl działania dzięki
kontrolowanemu czasowi uśpienia węzłów
Prosty, ale nie optymalny routing
Skomplikowany, ale optymalny routing
Wymaga synchronizacji globalnej i lokalnej
Połączenia tworzone w locie, bez synchronizacji
Informacja o klastrze dostępna w całej
sieci
Trasy formowane tylko w obszarach
posiadających dane do wysłania
Stałe zapotrzebowanie na energię
Opóźnienie spowodowane budzeniem węzłów
pośrednich i ustawianiem wieloskokowych ścieżek
Zapotrzebowanie na energię zależne od wzorców
ruchu
Uczciwy przydział kanałów
Uczciwość niegwarantowana
Dane łączone przez węzeł główny
klastra
Zawsze dostępne mniejsze opóźnienie w
wieloskokowych sieciach tworzonych przez węzły
główne klastra
Zapotrzebowanie na energię nie może być
kontrolowane
Węzeł na wieloskokowej ścieżce łączy dane
przychodzące od sąsiadów
Zapotrzebowanie na energię dostosowuje się do wzorców
ruchu
56
Przystosowanie do wrodzonej, dynamicznej
natury bezprzewodowych sieci sensorowych
Konkretne cele do osiągnięcia:
„ Wykorzystać przestrzenną różnorodność i zagęszczenie
sensorów.
„ Stworzyć adaptacyjny harmonogram usypiania węzłów.
„ Badać zależność między nadmiarowością danych i
wykorzystaniem przepustowości.
„ Rozmieszczone węzły powinny tworzyć i budować sieć
stosownie do awarii lub uszkodzeń urządzeń, powinny
wykorzystywać mobilność węzłów i reagować na zmiany w
wykonywanym zadaniu oraz wymagania czujników.
„ Zdolność przystosowywania do zmian natężenia ruchu.
Konkretne węzły wykrywają zdarzenia, które mogą
wyzwalać liczne uaktualnienia, znowu innym razem w sieci
może mieć miejsce bardzo małe natężenie ruchu.
„ Raczej zezwalać na ulepszającą kontrolę nad algorytmem 57
niż poprostu go włączać i wyłączać.